混凝土组合物和混凝土的制造方法

专利名称：混凝土组合物和混凝土的制造方法
技术领域：
本发明是关于即使使用粒度分布不连续的骨料，与适量矿物质微粉混合使用，通过调整混凝土的配比，使其富有流动性，而且，呈现良好强度的混凝土组合物和混凝土的制造方法。
混凝土是将水泥、骨料、混合材料等各种材料，经混合搅拌而制造，这些各材料中，骨料可分为细骨料(fine aggregate)和粗骨料(Coarse aggregate)。作为细骨料是5mm以下的颗粒，具体讲，是85％以上通过5mm筛眼筛子的骨料，或者粗骨料定义为5mm以上的粒子，细骨料和粗骨料分别根据颗粒的最大大小，作为混凝土材料，例如根据日本土木学会、日本建筑学会等，来决定适当的粒度分布。此处所说的适当粒度分布是含有适当的粒度的细颗粒和粗颗粒。在用作混凝土骨料时，作为粒度指标是用残留在规定筛中粒子重量之和来表示，并将此称为细骨料或粗骨料的细度模数(finenessmodules)。具体讲，使用80、40、20、10、5、2.5、1.2、0.6、0.3、0.15mm等10种筛眼尺寸的筛子，各筛中残留试料的重量百分率之和，以100表示各比率的值，粒径越大细度模数也大。一般讲，细骨料的细度模数为2.3～3.0左右，而粗骨料的细度模数随最大尺寸而不同，例如，最大尺寸为20mm时，在6.3～7.0之间。
混凝土根据上述各材料的配比设计进行制造。所谓上种混凝土的配合设计是对新鲜的和硬化的混凝土要获得所规定的性能，而确定上述各材料的构成比例，在此，把相对于混凝土中总骨料体积(A)的细骨料体积(S)称作砂子百分比(S/ASand percentage)，数值越大，则表示细骨料的构成比例越多。砂子百分比，要考虑细骨料和粗骨料，各自的粒度分布，将细骨料和粗骨料合起来的总骨料的粒度分布，是为获得具有规定特性的混凝土，而进行适当地确定。当砂子百分比比规定值小时，由于混凝土的可加工性变坏，所以增加为获得所要的坍落度值所需要的单位水量，而砂子百分比比规定值大时，增加总骨料的表面积，所以这种情况下也要增加为获得所要的坍落度值所要求的单位水量。即，通常根据在获得适当加工性范围内单位水量最小，以确定砂子百分比。
一般的混凝土，总骨料的砂子百分比，如粗骨料的最大尺寸为20mm时，在4.5～5.5之范围，而只有粗骨料的细度模数在0.70～0.80之间，即使粗骨料的最大尺寸发生变化，这种比率也不会变化。在此值范围之外的骨料，粒度分布不连续，即粗骨料和细骨料的粒度平衡变坏，所以不可能获得适当的混凝土配比。
过去混凝土用的骨料中，一般作细骨料用的有河砂、陆地砂、海砂等，作为粗骨料用的有河石子、碎石等。然而，伴随着优良的天然骨料资源的枯竭，获得颗粒构成良好的骨料，其状况变得越来越困难，它们的细粒部分不足，或者相反，其粗粒部分不足等，存在不连续的粒度分布，即细骨料或粗骨料，或者这两者的粒度平衡不好，不适于作混凝土的骨料用。另外，混凝土中除了使用天然骨料外，还使用高炉渣，人工轻质骨料等人工骨料，但对于骨料总体，使用量很少。
在将细骨料和粗骨料用于混凝土时，要将骨料中粒度分布适当的细骨料和粗骨料进行组合，调整到上述砂子百分比，但是，由于细骨料和粗骨料自身呈不连续的粒度分布，即，粒度分布曲线中，由于各粒径的分布量不适当，即使大幅度变更砂子百分比，自然也有界限，对总体骨料来说难以获得理想的粒度分布。再有，获得具有适当粒度构成的骨料是很困难的，永久求得把这种骨料用作混凝土材料，很自然也是有限度的。
在将这种不连续粒度分布的骨料用于混凝土时，为了得到混凝土所要的流动性(一般表示作坍落度值)，需要增加水量。增加了水量的混凝土，因干燥收缩增大，不仅产生裂痕的可能性很大，而且，由于水泥浆的浓度降低，而混凝土的强度也减少。进而，水泥浆浓度降低，使材料的分离倾向增大，有损于混凝土的均质性。虽然考虑到以增加水泥量来保持水泥浆的浓度，但不仅不经济，而且因混凝土的硬化热，使温度裂痕的危险性，干燥收缩大大增加，有损于混凝土的性能。
过去，在不具有作这种混凝土用的适当粒度分布的骨料中，有时也加入其它的细颗粒或粗颗粒调整粒度构成，却需要在调整中花费大量劳力和费用，因此，这种不连续的粒度构成的骨料大多是作废弃物处理，这种贵重的资源不能得到有效的利用。
本发明目的是将以上这种不具有用作混凝土骨料的适当粒度分布，不适于作混凝土材料的骨料，通过和矿物质微粉进行混合，使之成为可以使用的骨料。而且，将通常的骨料的一部分取代成矿物质微粉，这样做可以在混凝土组合物中，大量使用矿物质微粉成为可能。
矿物质微粉，过去一直作混凝土材料用，例如，作为混合水泥，预先混合在水泥中，或者，作混凝土用混合材料，在制造混凝土时与水、水泥、细骨料、粗骨料等同时使用。前者混合水泥中有高炉炉渣微粉、粉煤灰和硅质微粉，混合这些微粉的水泥，分别作为高炉水泥、粉煤灰水泥和硅水泥，在JIS标准中作了规定。在后者混合材料中，除了上述之外，还涉及到硅烟、稻壳灰、天然火山灰等多方面的。
通过混合这种矿物质微粉，可改善混凝土的性状。例如，使用粉煤灰的混凝土中，第一，由于粉煤灰颗粒平滑，且呈球状，所以提高了混凝土的可加工性，因此，与不使用粉煤灰的相比，可减少为获得所要浓度的单位水量，能够减少水灰比。第二，通过充分养护激发粉煤灰和火山灰的反应，通过反应生成物使混凝土组织更加致密，增大后期强度，同时，也提高了水密性，对化学药品的抵抗性等。第三，通过混入粉煤灰，由于水泥的水合发热较为缓和，不再产生因自身发热带来温度裂痕的问题，适用于大量型混凝土构造物。第四，也具有抑制对碱性骨料反应的效果。
通过混合以上矿物质微粉虽然能获得很多好处，但另一方面，由于大多数矿物质微粉原本就在混凝土中反应性很小或者不具有活性，将这些大量混合于混凝土中时，会带来凝结迟缓，初期强度降低、低温环境下强度滞后等问题，很自然，对其混合量有所限制，例如，举粉煤灰一例，根据JIS标准的规定，粉煤灰水泥限定的最大取代比值(上限)为水泥的30％。
另外矿物质微粉有天然系列和人工系列，初期作为人工系矿物质微粉的粉煤灰、高炉渣微粉，近年来由于工业的发展，作为工业副产物，其产量大有增长趋势，作为有效再利用这些贵重资源的方法，做了大量的研究。即，例如被称作HVFC(High Volume Flyash Con-crete)混凝土中，混凝土中的一部分水泥取代成粉煤灰，进行了大量的试验，但取代比例很大时，呈现出上述种种缺点，到目前为止。仍未能确立实用的大量应用技术。
本发明鉴于以上问题，由于粒度构成不适当，呈低品位，过去没有被用作混凝土材料用的骨料，通过混合适量的矿物质微粉，可使上述骨料能作为混凝土材料用。再者，本发明发现，对于具有适当粒度分布的骨料，如果在不损害该粒度分布范围内，将细骨料的一部分取代成矿物质微粉，可以获得强度更加优良的混凝土组合物，基于这种见解，有可能大量使用矿物质微粉。
进而，本发明，通过将作为矿物质微粉的粉煤灰和其它矿物质微粉并用，可以和上述骨料进行取代使用，当然，在和水泥的一部分取代使用中也可大量地使用粉煤灰。
本发明在粒度不适当，呈低品位，过去没有作混凝土骨料用的骨料中，混合适量的矿物质微粉，并通过调整混凝土的配比，提供一种富与流动性，具强度良好的混凝土组合物，和混凝土的制造方法。再有，本发明，对于良好的骨料，为了有效节约利用，通过混合取代它的矿物质微粉，以减少混凝土中的单位骨料量，提供一种至少不仅减少单位细骨料量而且也使强度优良的混凝土组合物，及混凝土的制造方法，根据本发明，可以大量有效地利用粉煤灰、高炉渣粉等工业副产物。
即，根据本发明提供的是由以下构成形成的混凝土组合物和混凝土的制造方法。
(1)是含有水泥、骨料、矿物质微粉和水的混凝土组合物，其特征在于骨料的粒度分布RFM(粗骨料的细度系数对总骨料的细度系数之比)为0.80以上，矿物质微粉(F)与骨料(A)之比(F/A)为10(体积)％以上的混凝土组合物。
(2)是含有水泥、骨料、矿物质微粉和水的混凝土组合物，其特征在于矿物质微粉(F)与骨料中细骨料(S)之比(F/S)至少在30(体积)％以上，最好在45(体积)％以上，以矿物质微粉取代一部分骨料的混凝土组合物。
(3)上述(1)或(2)任一项中所记载的混凝土组合物，特征是进而含有高性能减水剂。
(4)上述(1)～(3)中任一项记载的混凝土组合物，特征是水泥为普通波特兰水泥或高强度快硬波特兰水泥。
(5)上述(1)～(4)中任一项记载的混凝土组合物，特征是矿物质微粉为天然矿物质微粉或人工矿物质微粉，最好是至少含有粉煤灰的。
(6)上述(1)～(5)中任一项记载的混凝土组合物，特征是混凝土组合物是超高强度混凝土用组合物或夏季混凝土用组合物。
(7)上述(1)～(6)中任一项记载的混凝土组合物，特征是骨料中的粗骨料是人工骨料，最好是粉煤灰作主要原料的人工骨料，耐酸石作主要原料的人工骨料或膨胀页岩作主要原料的人工骨料。
(8)一种混凝土制造方法，是将水配合到水泥、骨料、矿物质微粉中制成混凝土的方法，其特征是向粒度分布RFM(粗骨料的细度数与总骨料的细度数之比)为0.8以上的骨料中混合矿物质微粉(F)，使矿物质微粉(F)与骨料(A)之比在10(体积)％以上。
(9)一种混凝土制造方法，是将水配合到水泥、骨料、矿物质微粉中制造混凝土的方法，其特征是矿物质微粉(F)与骨料中细骨料(S)之比，至少在30(体积)％以上，最好在45(体积)％以上，将矿物质微粉和取代了一部分矿物质微粉的骨料进行混合。
(10)上述(8)或(9)中记载的混凝土制造方法，特征是将粉煤灰作为矿物质微粉进行混合。
(11)上述(8)～(10)中任一项记载的混凝土制造方法，特征是进而配合高性能减水剂。
(12)上述(8)～(11)中任一项记载的混凝土制造方法，特征是作为水泥，使用普通波特兰水泥或高强度快硬波特兰水泥。
再有，根据本发明，和上述骨料取代使用，当然，不和骨料取代使用，也可以取代一部分水泥，大量使用粉煤灰，提供了由以下构成形成的混凝土组合物。
(13)由混凝土中水泥和矿物质微粉形成的水硬性成分中，水硬性成分中矿物质微粉的配合量为30～50(重量)％(内减)。而且，矿物质微粉是把粉煤灰作为主体，它的一部分被其它矿物质微粉所取代的混凝土组合物。
(14)上述(13)的混凝土组合物，其中取代粉煤灰的其它矿物质微粉是布雷恩比表面积为150000cm2/g以上的硅烟，布雷恩比表面积为4000cm2/g以上的高炉炉渣粉，布雷恩比表面积为5000cm2/g以上的石灰石粉，或最大粒径为20μm以下的分级粉煤灰，矿物质微粉的含有量为和粉煤灰总量的20(重量)％(内减)以下。
(15)上述(13)的混凝土组合物，其中取代粉煤灰的其它矿物质微粉是布雷恩比表面积为5000cm2/g以上的石膏粉，该石膏粉的含量为和粉煤灰总量的6(重量)％(内减)以下。


图1是表示本发明实施例1中F/A和抗压强度的关系图，图2是表示本发明实施例1中F/A和抗压强度的关系图，图3是表示本发明实施例1中总骨料粒度分布实例图，图4是表示本发明实施例3中，在30℃水中养护时材料使用期限和抗压强度的关系图。
图5是表示本发明实施例4中，使用各种人工骨料的混凝土，每单位容积重量的抗压强度图。
本发明的特征是第一，在含有水泥、骨料、矿物质微粉和水的混凝土中，粒度分布RFM(粗骨料的细度模数与总骨料的细度模数之比)为0.80以上的骨料，矿物质微粉(F)对上述骨料(A)的比率(F/A)为10(体积)％上以，本发明的特征，第二，在含有水泥、骨料、矿物质微粉和水的混凝土中，矿物质微粉(F)与骨料中细骨料(S)的比率(F/S)至少为30(体积)％以上，最好为45(体积)％以上，骨料一部分被取代成矿物质微粉。进而，本发明特征，第三，混凝土中由水泥和矿物质微粉形成的水硬性成分中，水硬性成分中矿物质微粉的配合量为30～50(重量)％(内减)，而且，矿物质微粉是以粉煤灰作为主体，其余部分可利用其它矿物质微粉取代。
以下详细说明本发明。
(1)混凝土材料本发明可以使用普通、高强度快硬、超高强度快硬、中热、耐硫酸盐、白色等各种波特兰水泥中的一种水泥，但为了在改善初期和后期强度中发挥较大的效果，最好使用普通波特兰水泥或高强度快硬波特兰水泥。
以下骨料有在通常的混凝土中首先使用的是砂、砂石、碎石等普通骨料，铁、不锈钢等金属骨料，把氧化铝等作为原料的陶瓷骨料，把粉煤灰、耐酸石、膨胀页岩等为主原料的人工骨料等，毫无疑问，各种种类的骨料都可以利用，但如后面所讲，通过大量使用矿物质微粉，可以使前述骨料粒度分布不连续，通常不适于作混凝土用的骨料，能很好地适用作本发明的骨料，再有，在平时获得困难之状况下的质地优良的骨料资源的确保方面可以作出贡献。进而，使用上述人工骨料制造本发明混凝土时，可以制成后期强度和普通混凝土相等或在其之上的高强度轻质混凝土。
矿物质微粉是在过去的混凝土材料中追加使用的，具有和水泥大致相同颗粒构成的各种岩石粉、硅藻土，天然火山灰等天然矿物质微粉，或者，高炉渣粉、粉煤灰等人工矿物质微粉，不管哪一种都可以。其中，使用大部分埋置等废弃处理的粉煤灰，从未利用资源再循环方面看也应得到很好的利用，在此，上述矿物质微粉，可以单独使用或2种以上混合使用，这种情况下，矿物质微粉最好至少含有粉煤灰。粉煤灰，在JIS中规定的粉煤灰，不用说也包括通常称为原粉的粉煤灰，和矿渣灰，所谓广义地讲，是所有的煤灰。矿物质微粉在混凝土中的水和活性的程度是不成问题。
(2)骨料和矿物质微粉的配比本发明使用矿物质微粉取代上述骨料中一部分。另外，在以下说明中，矿物质微粉量与骨料量的比例，如以下表示。即，将矿物质微粉体积(F)对于骨料总体积(A细骨料和粗骨料的体积和)之比定为F/A，把矿物质微粉体积(F)对于骨料中的细骨料体积(S)之比定为F/S。
本发明，第一是把细骨料和粗骨料合在一起的总骨料的细度模数(TFM)对于粗骨料的细度模数(GFM)之比(RFM＝TFM/GFM)为0.8以上的骨料，把上述F/A定为10％以上。另外，本发明，第二，不拘限于RFM值，F/S定为30％以上，最好为45％以上。
通过增加F/A或F/S，能够使上述粒度分布不连续的(粗骨料和细骨料的粒度平衡不好)骨料得到了利用，再者，可以大幅度减少优质骨料的使用，而且，混凝土的初期强度和后期强度增加。初期强度和后期强度根据F/A或F/S成比例地增加，特别是后期强度，在使用含大量无定形硅质成分的矿物质微粉时，由矿物质微粉的火山灰活性在材令期91天内的抗压强度也有可能达到基准混凝土(不使用矿物质微粉的混凝土)的约1.5倍。
当增加F/A或F/S时，混凝土中的微粉体积(水泥和矿物质微粉的体积总和)也增加，即使增加后述的高性能AE减水剂的添加量，混凝土也失去了流动性，混凝土的搅拌成为不可能。这时，虽然也考虑到大量添加高性能减水剂的方法，但是，添加过量，混凝土硬化显著延迟，出现显著的恶烈影响，是不实用的。F/A的最大值取决于1m3混凝土中的单位水泥量、单位水量、矿物质微粉量，或矿物质微粉的比表面积，粒度分布等的颗粒组成，但在使用粉煤灰作矿物质微粉时的F/A大致为40～50％。因此，从混凝土的搅拌观点看，应存在F/A的最大值，或微粉体积的最大值。即使对于F/S也可以说是一样的，使用粉煤灰时，最大值大致为250～370％。
(3)混凝土的性状和混合剂等在本发明中，通过使用矿物质微粉取代一部分上述骨料，可很容易地制造出超高强度的混凝土。即，大量使用矿物质微粉，即使在增加了单位水泥量的混凝土中，随着后述高性能减水剂的作用，施工性能也很好，能极容易地制造出超过1000Kgf/cm2的高强度混凝土，而且，也可以相对抑制混凝土的水合热。
再者，通常的混凝土，为了在高温环境下，促进初期水合，形成致密组织，针对阻碍后期强度的增长，在本发明中，适用于夏季浇注的夏季混凝土，通过长期的正常的火山灰反应，可以制造出高温环境下强度大长的混凝土。
进而，本发明，将粉煤灰、耐酸石、膨胀页岩等作主原料的人工骨料作为粗骨料使用，同时，将一部分普通细骨料取代成矿物质微粉以制造混凝土，可以制造出最好用于轻质混凝土板的高强度轻质混凝土。作为这样的人工骨料，可以使用，除了本申请人在先申请的专利特愿平5-300446号中记载的外，市售的人工骨料和，特开昭58-140365号等，各种人工骨料。
除以上外，通过并用高性能减水剂，不仅可以排除因增加单位水量而降低初期强度和增大干燥收缩等缺点，而且，能达到使矿物质微粉大量地混合到混凝土中，进而，通过大量混合矿物质微粉，能够实现制造出比不使用矿物质微粉的混凝土初期、后期强度更好的混凝土。
作为上述高性能减水剂，可以使用过去一直作混凝土用混合剂的。例如，可以使用具有烷芳基系、萘系、密胺系、三嗪系化学组成的任何一种，令人满意的是聚羧酸盐系的混合剂。当然也可以使用具有空气载带性能的高性能AE减水剂。作为这种混合剂可以举出市售品列奥比尔得(レオビルド)SP-8S(エヌ·エム·ビ-制、商品名)、マイテイ-2000WHS(花王制、商品名)、チユ-ポ-ルHP-8(竹本油脂制、商品名)等。虽然将每1m3混凝土的单位水泥量保持所规定的量，但是，当增加上述矿物质微粉时，混凝土中微粉所占体积要增大，损害了混凝土的流动性，通过适当调整上述高性能减水剂的添加量，可以得到规定软度(流动值)的混凝土。高性能减水剂的添加量，要根据对使用的波特兰水泥、骨料、矿物质微粉和所用的减水效果进行调查后，加以调整，一般情况下，对于100重量份的波特兰水泥，添加0.1～10(重量)％。当添加量不足0.1(重量)％时，实质上无减水效果，而添加量超过10(重量)％时，减水性、流动性的改善效果不仅达到了极限，而且，对混凝土的缓凝等产生很大的恶烈影响。
本发明中的空气载带剂，可以使用过去一直作混凝土空气载带剂用的，例如，可以使用具有非离子型系、阴离子型系、氧乙烯系、高级脂肪酸盐系、天然树脂酸盐系的化学组成的任何一种。例如，可以举出有把烷基羧酸化合物作主成分的AE-775S(エヌ·エム·ビ-制、商品名)、天然树脂酸系的ウイン リル(山宗化学制、商品名)、烷基苯酚系的シ-力AER(日本シ-力、商品名)等，本发明中，除了前述超高强度快硬混凝土配合情况外，也希望调整上述空气载带剂的添加比率，将混凝土的空气载带量调整为4.5～5.5％。
除了以上所说的配合成分外，本发明也可以在混凝土中使用通常所用的急硬、急结材料、高强度混合剂、水合促进剂、凝结调整剂等各种混凝土混合材料和作增强材料用的各种纤维、钢等。
另外，对上述各成分的混合和混练方法没有限制，只要能混合搅拌均匀就行，对配合成分的添加顺序也没有特殊限制。混凝土浇注后的养护，可使用各种养护方法，可采用常温养护、高温养护、常压蒸汽养护、高温高压养护中的任何一种方法，如果需要，可以将这些方法组合，以制得高强度混凝土的硬化体。
关系到本发明的混凝土，通过使用矿物质微粉取代一部分骨料，即使用低质量的骨料，通过大量使用的矿物质微粉的作用，将水灰比(混凝土中水泥与水的比率)，取作相同的条件下，与没有混用矿物质微粉的混凝土相比较，在初期强度和后期强度方面都有良好的发现。
(4)粉煤灰和其它矿物质微粉的并用作为在本发明上述混凝土中使用的矿物质微粉，通过粉煤灰和其它矿物质微粉并用，取代使用一部分上述骨料，可以获得强度更优的混凝土，此外，即使不和骨料取代，通过取代一部分水泥，也能制得强度优良的混凝土。
以下，主要把取代一部分水泥作实例进行说明。
虽然粉煤灰自身不具有水硬性，但混合在水泥中使用时，在水合过程中，和生成的氢氧化钙慢慢反应，形成稳定的硅酸钙等化合物，由于显示了火山灰的反应，所以过去一直作水泥混合材料和混凝土用混合材料使用。适量混合粉煤灰，(1)由于粉煤灰呈球状粒子，作业性好，可减少混凝土的单位水量，(2)后期强度提高，水密性和耐药品性提高，(3)减低了混凝土的发热量，大大增加了对因硬化热产生温度裂痕的抵抗性能，(4)增大了对碱性骨料的反应抑制效果，等等优点。
另一方面，由于粉煤灰的反应性小，将其大量混合于水泥中时，带来的问题是(1)凝结迟延，(2)初期强度降低，(3)在低温环境下，呈现强度推迟，等等。特别是初期强度的降低，大大妨碍了对粉煤灰的大量使用。因此，在JIS标准中，对粉煤灰水泥中粉煤灰的混合量最大限制为30(重量)％(内减)。
然而，通过将粉煤灰的一部分取代成其它的矿物质微粉，可大幅度提高过去的限量。即使在水泥中混合大量的粉煤灰，也能得到初期强度降低不大的混凝土。因此，根据本发明，近年来因发电量增大而大量排出的粉煤灰，可以有效地得到利用。
具体形式如下。
(1)混凝土中由水泥和矿物质微粉形成的水硬性成分中，水硬性成分中矿物质微粉的配合量为30-50(重量)％(内减)，而且，矿物质微粉是把粉煤灰作为主体，其余一部分由其它矿物质微粉取代的混凝土组合物。
(2)取代粉煤灰的其它矿物质微粉是布雷恩比表面积为150000cm2/g以上的硅烟，布雷恩比表面积为4000cm2/g以上的高炉渣粉，布雷恩比表面积为5000cm2/g以上的石灰石粉，或者最大粒径为20μm以下的分级粉煤灰。矿物质微粉的含量是和粉煤灰合计量20(重量)％(内减)以下的混凝土组合物，或者，取代粉煤灰的其它矿物质微粉是布雷恩比表面积为5000cm2/g以上的石膏粉，该石膏粉含量为和粉煤灰合计量6(重量)％(内减)以下的混凝土组合物。
由水泥和矿物质微粉形成的水硬性成分中，水硬性成分中的矿物质微粉混合量(内减)的下限为30(重量)％，混合量上限为50(重量)％。混合量不足30(重量)％时，和过去的粉煤灰水泥无太大差异，当超过50(重量)％时，即使用矿物质微粉取代一部分，初期强度降低很大，不能令人满意。
通过按规定量并用粉煤灰和其它矿物质微粉，能够抑制混凝土等初期强度的降低，可以增加水硬性组合物中粉煤灰的混合量。
作为其它矿物质微粉，可以举出硅烟、高炉渣粉、石灰石粉，现有的粉煤灰经粒度调整的分级粉煤灰，或者石膏粉等。这些矿物质微粉可以2种以上混合使用。
这些矿物质微粉，通过和粉煤灰共同使用，发挥促进水泥自身水合的效果，同时，水泥和这些微粉之间形成各种水合物，这可以推测到，利用粉煤灰的高混合量，能符与抑制初期强度降低的效果。例如，分级粉煤灰，掺加到水泥或混凝土硬化体中，促进组织致密化，再有，浸入水泥颗粒絮团结构中的水合物，由于形成可以析出的空间，从而促进了水泥的水合硬化。再者，硅烟、高炉渣粉、石灰石粉和石膏粉时，加入这些的效果是微粉末和水泥之间形成各种水合物，通过这些叠加效果，可以抑制由粉煤灰高混合量而引起的初期强度的降低。
取代粉煤灰的其它矿物质微粉的混合量(内减取代率取代矿物质微粉与粉煤灰和取代粉煤灰的其它矿物质微粉合计量的比率)，随微粉的种类和粉度而不同。具体讲，对于布雷恩比表面积为150000cm2/g以上的硅烟，布雷恩比表面积为4000cm2/g以上的高炉渣粉，布雷恩比表面积为5000cm2/g以上的石灰石粉，或最大粒径为20μm以下的分级粉煤灰。矿物质微粉在20(重量)％(内减)以下较为适合。布雷恩比表面积为5000cm2/g以上的石膏粉，在6(重量)％(内减)以下较为适合。
硅烟的粒度，一般为平均粒径0.1μm左右，比表面积为150000～250000cm2/g的超微粉，也可以使用市售的。高炉渣粉可以根据使用目的进行使用，比表面积为4000～8000cm2/g的，通常用作混凝土的混合材料，所以可用这些。关于粉煤灰，JIS标准规定的粉度为布雷恩比表面积为2400cm2/g以上，作为矿物质微粉的主体，可以将它进行分级使用，但作为取代它的其它矿物质微粉可使用分级在最大粒径为20μm以下的。对于石灰石粉和石膏粉可以使用上述粉度的。
矿物质微粉的粉度，当排除了上述值之外的，作为微粉的效果很低，抑制初期强度降低的效果不好，所以不能令人满意。另外，对于粉煤灰的矿物质微粉内减取代率，当高于上述范围时，粉煤灰的使用量相对减少，所以与本发明目的不符，且费用增高，这不能令人满意。
上述水硬性组合物，也不拘泥粉煤灰的混合量多少，矿物质微粉抑制初期强度降低，对于水泥，如果粉煤灰混合30(重量)％以上，50(重量)％以下，仍可以得到适于实用的初期强度。
本发明的水硬性组合物的使用方法和通常的水泥一样，单位水硬性组合物量、单位水量、水/水硬性组合物比、骨料量等，确定为和使用通常的水泥情况一样。
以上，虽然对粉煤灰和水泥取代使用作了说明，但是，增加单位水硬性组合物的量，即，根据增加的粉煤灰量，如上述一样，取代一部分骨料，仍能获得强度进一步提高的混凝土。
以下示出了本发明实施例。本实施例只是例示，不能限定发明的范围。
实施例1.
根据下述所示材料和表1中所示混凝土的配比，调制混凝土，测定它的抗压强度。所使用的粗骨料，最大尺寸为20mm，细度模数GFM为6.66，细骨料的细度模数为2.75。各试料使之总骨料粒度分布不连续那样，改变细骨料和粗骨料的混合比。也改变RFM(总骨料的细度模数与粗骨料的细度模数之比)。
试验No.1，2表示使用普通波特兰水泥的比较例为基准混凝土。试验No.3-6为使用粉煤灰A作矿物质微粉的试验，试验No.7～20为使用粉煤灰B的试验，试验No.7～11为混凝土的水灰比为55％的情况，试验No.12～18为混凝土的水灰比为60％的情况，试验No.19、20表示减少单位水泥量的情况。进而，试验No.21～23为使用高强度快硬波特兰水泥的实例(No.21表示比较例的基准混凝土)，试验No.24为没有用高性能混合剂的混凝土试验结果。另外，试验No.24～30表示分别用高炉渣C(试验No.25、26)、石粉D(试验No.27、28)、硅石粉E(试验No.29、30)作矿物质微粉的实例。
试验结果一并示于表1，图1和图2分别表示使用粉煤灰B作矿物质微粉的F/A和F/S与抗压强度的关系，图3表示在试验No.1、7(比较例)、试验No.9、11(实施例)中所用骨料的粒度分布实例。
(1)使用材料水泥N小野田(水泥)社制普通波特兰水泥H小野田(水泥)社制高强度快硬波特兰水泥矿物质微粉A粉煤灰，比重2.23，布雷恩比表面积3350cm2/gB粉煤灰，比重2.23，布雷恩比表面积3750cm2/gC高炉渣(NKK福山产)、比重2.89，布雷恩比表面积3500cm2/gD石粉(津久见产石灰石)、比重2.70，布雷恩比表面积4050cm2/gE硅石粉(大分四浦产硅石)，比重2.64、布雷恩比表面积3550cm2/g细骨料陆砂(静冈产)比重2.59，FM2.75粗骨料碎石(茨城产)最大尺寸20mm，比重2.64、GFM6.66高性能AE减水剂エヌ·エム·ビ-社制レオビルド SP-8S空气载带剂エヌ·エム·ビ-社制AE-775S(II)试验方法将混凝土的坍落度调整为12～19cm，空气量调整为4.5～5.5％，搅拌时间定为150秒。抗压强度按JIS-A-1108标准实施，养护条件，在20℃水中进行养护。
(III)试验结果从表1所知，将没有使用矿物质微粉的试验No.1，2，21，和F/A或F/S在本发明范围以下的试验No.7，12的各比较试料，进行比较，可知本发明的混凝土施工性非常好，并具有极高的强度。另外试验No.6，18为搅拌不可能的实例，根据混凝土的配合条件，知道矿物质微粉的使用量所应设定的上限。
实施例2作为矿物质微粉，使用下述所示的粉煤灰F1，根据表2所示混凝土的配比，坍落度目标定为21cm±2.5，调制超高强度混凝土，和实施例1一样，测定抗压强度。结果一并示于表2。本发明的试料，无论哪一种都是强度极优，后期强度极优的超高强度混凝土。
使用材料水泥N小野田(水泥)社制普通波特兰水泥矿物质微粉F1粉煤灰，比重2.20，布雷恩比表面积3220cm2/g细骨料陆砂(静冈产)比重2.59，FM2.75粗骨料碎石(茨城产)最大尺寸20mm，比重2.64、GFM6.66高性能减水剂花王社制マイテイ2000WHZ实施例3作为矿物质微粉使用下述所示的粉煤灰F2，根据表3所示的混凝土配比，调制成混凝土，通过改变混凝土的混合搅拌温度和养护温度，进行抗压强度试验。结果一并示于表3。从表3明确知道，本发明混凝土，无论是在低温还是高温下都表示出极优的强度特征，特别是图4所示，即使在30℃水中养护，后期强度继续伸长，夏季，即，在夏季浇注的混凝土也极其优良。
使用材料水泥N小野田(水泥)社制普通波特兰水泥矿物质微粉F2粉煤灰，比重2.23，布雷恩比表面积3220cm2/g细骨料陆砂(静冈产)比重2.59，FM2.75粗骨料碎石(茨城产)最大尺寸20mm，比重2.64、GFM6.66高性能减水剂花王社制エヌ·エム·ビ-社制レオビルドSP-8S
空气载带剂エヌ·エム·ビ-社制AE-775S实施例4作为矿物质微粉，和实施例2一样，使用粉煤灰F1，同时，骨料中的粗骨料，使用下述所示的3种人工骨料，根据表4所示混凝土配比，调制成轻量混凝土，进行抗压强度试验，结果一并示于表4。根据本发明可知，无论哪一种都显示出极优的强度特性，除了把粉煤灰作主要原料的骨料使用的混凝土显示了非常明显的强度外，将超低比重耐酸石作原料的骨料，在后期强度上也显示出比普通混凝土高的强度特性，如图5所示，混凝土的每单位容重量的抗压强度极高。
使用材料水泥N小野田水泥社制普通波特兰水泥矿物质微粉F1粉煤灰，比重2.20，布雷恩比表面积3220cm2/g细骨料陆砂(静冈产)比重2.59，FM2.75粗骨料碎石比较用碎石(茨城产)最大尺寸20mm，比重2.64、GFM6.66FA把粉煤灰作主原料，其中添加少量的膨润土，造粒后烧成而调整的人工骨料(比重1.87、GFM6.84)ML将市售的膨胀页岩作主原料的人工骨料，商品名メサライト1505(比重1.55，GFM6.40)NL把耐酸石粉作主原料，其中加入少量的膨润土和作发泡剂的碳化硅粉，造粒烧成而调整的人工骨料(比重0.80、GFM6.40)高性能减水剂エヌ·エム·ビ-社制レオビルドSP-8S空气载带剂エヌ·エム·ビ-社制AE-775S实施例5用表5所示配合量的水硬性组合物，调制成混凝土，常温下养护后，把单独用粉煤灰(不用其它矿物质微粉)作矿物质微粉的强度定为100，求得材令期3天、7天和28天的强度比(抗压强度比)。这个结果集中示于表6。表中，C水泥、FA粉煤灰、M除粉煤灰外的矿物质微粉，水泥重量比C/(C+M+FA)、矿物质微粉重量比(FA+M)/(C+M+FA)、粉煤灰以外的矿物质微粉的内减取代率M/(FA+M)。试料A11～A56，FA含有率30％，试料B11～B56，FA含有率40％、试料C11～C56，FA含有率50％，以及试料D11～D56，FA含有率60％。另外，表5的数值是300Kg水硬性组合物中的C、FA、M的构成重量(Kg)。
使用材料水泥小野田水泥社制普通波特兰水泥粉煤灰比重2.23，布雷恩比表面积2750cm2/g细骨料陆砂(静冈产)比重2.59，FM2.75粗骨料碎石(茨城产)最大尺寸20mm，比重2.64、FM6.66AE减水剂エヌ·エム·ビ-社制ポゾリスNo.70AE调制剂エヌ·エム·ビ-社制303A另外，混凝土的单位量，不管什么试料，水硬性组合物为300Kg/m3、水为165Kg/m3、粗骨料为1044Kg/m3、水/水硬性组合物比为55％、当水硬性组合物中的矿物质微粉为30％、40％、50％、60％时，细骨料各自为732Kg/m3、722Kg/m3、712Kg/m3、702Kg/m3。
如表6所示，水硬性组合物中矿物质微粉含量为30～50％时，用其它矿物质微粉取代一部分粉煤灰的混凝土比单独使用粉煤灰的混凝土，初期强度没降低多少，具体对粉煤灰的内减取代率，随矿物质微粉的种类而不同，石膏粉在6(重量)％以下较为适当，其它微粉在20(重量)％以下适当。石膏粉，取代率超过6(重量)％时，3天和7天的初期强度，比取代率0％(未使用矿物质微粉)时要低，不认为初期强度有改善效果。其它的矿物质微粉，内减取代率即使在20(重量)％以上，初期强度随混合量成比例地提高，当内减取代率超过20(重量)％时，粉煤灰的含量相对要降低，费用增高，同时，硅烟时，由于是超微粉，搅拌作业非常困难，不能令人满意。
无论哪种矿物质微粉，用1～2％的取代率都有效果。另外水硬性组合物中的矿物质微粉含量为60(重量)％时，即使取代其它矿物质微粉，初期强度也会大幅度降低，不能达到适于实用的强度。
表1
N普通水泥、H早硬水泥A、B粉煤灰C高炉渣 D石粉 E硅石粉W/C水/水泥重量比 F/A矿物质微粉体积/总骨料体积F/S矿物质微粉体积/细骨料体积 TFM总骨料的细度系数RFM总骨料的细度系数与粗骨料的细度系数之比W水C水泥 S细骨料 G粗骨料F矿物质微粉表2
注)F1表示粉煤灰，其他符号与表1相同。
表3
注)温度表示混凝土混合搅拌和水中养护温度，其它记号和表1相同表4
注)碎碎石、FA把粉煤灰作主原料的人工骨料AL把膨胀页岩作主原料的人工骨料NL把耐酸石作主原料的人工骨料其他符号与表1相同表5
表5(续)
表6
(注)抗压强度比是不使用粉煤灰以外的矿物质微粉时的强度取为100时的相对值表6(续)
(注)抗压强度比不使用粉煤灰以外的矿物质微粉时的强度取为100时的相对值*表示未硬化
权利要求
(1)一种混凝土组合物，是含有水泥、骨料、矿物质微粉和水的混凝土组合物，其特征在于骨料的粒度分布RFM(总骨料的细度模数和粗骨料的细度模数之比)在0.80以上，矿物质微粉(F)与骨料(A)的比率(F/A)为10(体积)％以上。
(2)一种混凝土组合物，是含有水泥、骨料、矿物质微粉和水的混凝土组合物，其特征在于以矿物质微粉取代一部分骨料使之矿物质微粉(F)对于骨料中细骨料(S)的比率(F/S)至少在30(体积)％以上，最好为45(体积)％以上。
(3)根据权利要求(1)或(2)的任意一项记载的混凝土组合物，其特征是进而含有高性能减水剂。
(4)根据权利要求(1)～(3)的任一项记载的混凝土组合物，其特征在于水泥为普通波特兰水泥或高强度快硬波特兰水泥。
(5)根据权利要求(1)～(4)任一项记载的混凝土组合物，其特征在于矿物质微粉为天然矿物质微粉或人工矿物质微粉，最好是至少要含有粉煤灰的。
(6)根据权利要求(1)～(5)的任一项记载的混凝土组合物，其特征在于混凝土组合物是超高强度混凝土用组合物或夏季混凝土用组合物。
(7)根据权利要求(1)～(6)的任一项记载的混凝土组合物，其特征在于骨料中的粗骨料是人工骨料，最好是把粉煤灰作主原料的人工骨料，把耐酸石作主原料的人工骨料，或把膨胀页岩作主原料的人工骨料。
(8)一种混凝土的制造方法，是将水配合到水泥、骨料、矿物质微粉中制成混凝土的方法，其特征在于骨料为粒度分布RFM(总骨料的细度模数与粗骨料的细度模数之比)为0.8以上的骨料(A)，矿物质微粉(F)与骨料(A)之比率(F/A)在10(体积)％以上。
(9)一种混凝土的制造方法，是将水配合到水泥、骨料、矿物质微粉中制成混凝土的方法，其特征在于矿物质微粉(F)与骨料中细骨料(S)的比率(F/S)至少在30(体积)％以上，最好在45(体积)％以上。
(10)根据权利要求(8)或(9)记载的混凝土制造方法，其特征在于把粉煤灰作矿物质微粉进行混合。
(11)根据权利要求(8)～(10)的任意一项记载的混凝土制造方法，其特征在于进而配合高性能减水剂。
(12)根据权利要求(8)～(11)的任意一项记载的混凝土制造方法，其特征在于水泥为普通波特兰水泥或高强度快硬波特兰水泥。
(13)一种混凝土组合物，其特征在于混凝土中，由水泥和矿物质微粉形成的水硬性成分，其水硬性成分中矿物质微粉的配合量为30～50(重量)％，且矿物质微粉以粉煤灰作主体，其一部分由其它的矿物质微粉取代。
(14)根据权利要求(13)的混凝土组合物，其特征在于粉煤灰中取代为其它的矿物质微粉是，布雷恩比表面积为150000cm2/g以上的硅烟、布雷恩比表面积为4000cm2/g以上的高炉渣粉、布雷恩比表面积为5000cm2/g以上的石灰石粉，或最大粒径为20μm以下的分级粉煤灰，矿物质微粉的含量在和粉煤灰合计量的20(重量)％(内减)以下。
(15)根据权利要求(13)的混凝土组合物，其特征在于在粉煤灰中取代的其它矿物质微粉是布雷恩比表面积为5000cm2/g以上的石膏粉，该石膏粉的含量在和粉煤灰合计量的6(重量)％以下。
全文摘要
在含有水泥、骨料、矿物质微粉和水的混凝土中，粒度分布为RFM(粗骨料的粗粒率对总骨料的粗粒率之比率)0.80以上的骨料中通过使矿物质微粉(F)对骨料(A)的比率(F/A)为10(体积)％以上，或者，矿物质微粉(F)对骨料中所占的细骨料的比率(F/S)，至少为30(体积)％以上，最好45(体积)％以上，即使粒度分布不适当的骨料，也可以作混凝土材料使用，进而，是适当粒度分布的骨料也可提高混凝土的强度。
文档编号C04B28/00GK1142812SQ94194924
公开日1997年2月12日 申请日期1994年12月27日 优先权日1993年12月28日
发明者冈村甫, 曾根德明, 谷川公一, 小谷中昭裕, 加藤将裕 申请人:秩父小野田株式会社